Новые ультрагибкие фотоэлементы для носимой электроники созданы учеными Японии и США - «Технологии»

Гибкая фотовольтаика со способностью переносить экстремальные механические воздействия может иметь огромный потенциал в сфере питания устройств, подключенных к интернету вещей (IoT), и носимой электроники. Вместе с тем, одновременное достижение эффективности преобразования высокой мощности (PCE) и термостабильности в гибких органических солнечных элементах (OPV) представляет определенные трудности из-за необходимости поддержания оптимальной микроструктуры активного слоя при термическом напряжении.

Группа исследователей из США и Японии смогли найти компромисс между эффективностью, стабильностью и толщиной устройства и разработали ультрагибкие органические фотоэлементы, способные вырабатывать энергию при температуре до 120 °C с КПД преобразования 10% при общей толщине 3 мкм.

Ученые постоянно работают над улучшением солнечных панелей, но, как правило, такие улучшения направлены на повышение КПД или снижение стоимости панелей, хотя существует множество других факторов, влияющих на их применимость. В частности, для использования в качестве источника энергии в носимых устройствах или умной одежде панели должны выдерживать постоянные механические нагрузки, а также быть гибкими и эластичными.

Читайте также: Созданы солнечные панели c концентраторами, поглощающими 99% света

Ученые под руководством Такао Сомэя (Takao Someya) из японского Института физико-химических исследований (RIKEN) разработали органические солнечные панели с высокой для такого класса устройств эффективностью, а также гибкостью и способностью длительно работать в условиях высоких температур. Панель представляет собой пленку толщиной в три микрометра. Около трети микрометра занимают несколько слоев, ответственных за выработку энергии. Они изолированы от окружающей среды с помощью слоев парилена и тефлона с одной стороны и полиимида с другой. Эти материалы защищают основную часть солнечной панели от воздействия тепла и не лишают устройства гибкости.

Исследователи создали большое количество прототипов и протестировали их свойства. Некоторые прототипы показали десятипроцентную эффективность преобразования солнечной энергии в электричество. Для сравнения, рекордный показатель для органических солнечных панелей с жесткой подложкой составляет 13,1 процента. Помимо этого, исследователи протестировали устойчивость панелей к нагреванию. Испытания показали, что эффективность устройства не падает при четырехчасовой выдержке при ста градусах Цельсия. Также они протестировали его при стандартных условиях для тестирования органических солнечных панелей. Выяснилось, что эффективность устройства падает на 20 процентов после более чем 500-часовой выдержки при 85 градусах Цельсия.

Разработчики продемонстрировали, что солнечную панель можно наносить с помощью термоплавкого клея или пленки на различные гибкие поверхности, например, ткань. При этом сама солнечная панель не теряет своих свойств, несмотря на нагревание при нанесении.

В прошлом году группа ученых под руководством Такао Сомэя представила другие гибкие органические солнечные панели. В отличие от новой разработки они способны выдерживать погружение в воду, но обладают меньшей эффективностью преобразования солнечного света в электричество — 7,9 процента.

Читайте также: Тандемные солнечные панели (кремниево-перовскитные) получили эффективность 26,3%

Источник: nplus1.ru